用于假体部件定向的系统和方法技术方案

一种计算机实施方法确定假体部件的定向参数值。所述方法包括接收膝关节的第一屈曲位置处的胫骨假体部件与股骨假体部件之间的第一所要分开距离，以及针对所述股骨假体部件的至少一个可能定向，估计所述膝关节的所述第一屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第一估计分开距离。所述方法还包括通过比较所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离来确定所述股骨假体部件的第一定向参数值，以及经由用户界面输出所述第一定向参数值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于假体部件定向的系统和方法
本专利技术大体上是有关于假体部件定向系统，且更特定而言，是有关于用于确定将在膝关节置换手术中使用的一个或一个以上假体植入物的定向的系统。专利技术背景膝关节包括股骨的远端与胫骨的近端之间的界面。在功能适当的膝关节中，股骨的内侧和外侧骨节沿着附接到胫骨的各别内侧和外侧骨节的半月板平滑地枢转。在例如病性关节炎膝盖的某些膝盖中，软骨可已受损，从而导致股骨与胫骨之间的空间倒塌且引起骨与骨接触。当这一情况发生时，形成关节的自然骨与软骨可能不能适当连接，这一情况可引起关节疼痛和/或妨碍关节的正常使用。在一些状况中，需要进行外科手术来校正胫骨与股骨之间的对齐和恢复关节的正常使用。视损害的严重性而定，外科手术可涉及用假体部件部分或完全地替换关节。在这些膝盖替换程序期间，外科医生切除骨和软骨的受损部分，同时试着保持健康组织完整。外科医生接着使健康组织与经设计以复制被切除组织的人造假体部件相配且恢复适当膝关节运作。这些假体部件在胫骨和/或股骨上的定向可影响胫骨与股骨之间的对齐，且因此影响关节连接的方式。不当定向的假体部件可能不能恢复适当膝关节运作和/或可造成过早的部件故障或劣化，以及其它问题。因此，这些部件的适当定向至关重要，且外科医生在将假体部件装配到关节之前可将大量时间和精力用在确定假体部件的适当定向上。然而，即使具有外科医生的经验，人工地进行这一确定不能产生假体部件的最佳或甚至可接受的定位或定向。专利技术概要根据一个方面，本专利技术针对一种用于确定假体部件的定向参数值的计算机实施方法。所述方法可包括接收膝关节的第一屈曲位置处的胫骨假体部件与股骨假体部件之间的第一所要分开距离，以及针对所述股骨假体部件的至少一个可能定向，估计所述膝关节的所述第一屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第一估计分开距离。所述方法还可包括通过比较所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离来确定所述股骨假体部件的第一定向参数值，以及经由用户界面输出所述第一定向参数值。根据另一方面，本专利技术针对一种用于确定假体部件的定向参数值的系统。所述系统可包括输入装置，所述输入装置经配置以接收膝关节的第一屈曲位置处的胫骨假体部件与股骨假体部件之间的第一所要分开距离。所述系统还可包括处理器，所述处理器以操作方式耦接到所述输入装置。所述处理器可经配置以针对所述股骨假体部件的至少一个可能定向，估计所述膝关节的所述第一屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第一估计分开距离，且通过比较所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离来确定所述股骨假体部件的第一定向参数值。所述系统还可包括显示器，所述显示器以操作方式耦接到所述处理器且经配置以输出所述第一定向参数值。根据另一方面，本专利技术针对用于确定假体部件的定向的另一计算机实施方法。所述方法可包括记录膝盖的多个屈曲位置处的胫骨及股骨的相对位置，以及经由用户界面来接收多个松度值，所述多个松度值中的每一者对应于针对所述膝盖的所述多个屈曲位置中的一者的胫骨与股骨之间的松度偏爱。所述方法还可包括基于所述胫骨和所述股骨的所述记录的相对位置和所述接收的松度值来确定用于所述膝盖的假体部件的定向；以及经由显示器来输出所述假体部件的所述定向。所公开实施方案的另外目标和优点将部分地在随后描述中陈述，且将部分地自所述描述显而易见，或可通过实践所公开实施方案来学习。所公开实施方案的目标和优点将借助于附加的权利要求中所特定指出的元件和组合来实现和达成。将理解，如所说明的，先前一般描述和以下详细描述两者仅为例式性和解释性的，而非所公开实施方案的限制。附图说明并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明若干实施方案，所述实施方案与描述一起用来解释本专利技术的原理和特征。图1说明符合所公开实施方案的装配有假体部件的手术后假体膝关节的透视图；图2是符合所公开实施方案的经编程以确定假体部件定向的计算机系统的示意图；图3说明符合所公开实施方案的处于多个不同屈曲位置处的膝关节的侧视图；图4说明符合所公开实施方案的例示性用户界面；图5是表示符合某些所公开实施方案的处于多个不同屈曲位置的三维股骨假体部件模型与三维胫骨假体部件模型的相对定位的图片说明；图6是说明符合所公开实施方案的用于确定假体部件定向的例示性过程的流程图；且图7是说明符合所公开实施方案的用于确定假体部件定向的另一例示性过程的流程图。具体实施方式现将详细参考本专利技术的例示性实施方案，所述例示性实施方案的实例将在随附图式中说明。图1说明符合所公开实施方案的装配有假体部件110和120的手术后假体膝关节100的透视图。膝关节100包括胫骨101和股骨102。股骨102可包括由骨节间凹口105分开的外侧骨节103和内侧骨节104。胫骨101可同样地包括外侧骨节106和内侧骨节107。在例如单踝置换术(unicompartmentalarthroplasty)的膝盖外科手术期间，假体部件可装配到外侧骨节103、内侧骨节104、外侧骨节106和内侧骨节107中的一个或一个以上。举例来说，图1说明装配到股骨102的内侧骨节104的股骨假体部件110和装配到胫骨101的内侧骨节107的胫骨假体部件120。类似假体部件也可装配到外侧骨节103和/或外侧骨节106。此外，仅为了方便起见，下面的例式性实施方案参考内侧骨节上的假体部件，且本领域技术人员将了解，所公开实施方案也适用于外侧骨节上的假体部件。股骨假体部件110和/或胫骨假体部件120的定向可影响胫骨101与股骨102之间的对齐且影响膝关节100连接的方式。因此，外科医生通常确定股骨假体部件110和/或胫骨假体部件120的适当定向。所公开实施方案提供系统和方法以将一个或一个以上假体部件的定向(例如，股骨假体部件110或胫骨假体部件120的定向)输出给外科医生。在某些实施方案中，所公开系统和方法可接收来自外科医生的输入(例如，膝关节100的所要松度或紧度)，且可基于来自外科医生的这个输入来确定定向。系统可使用将在下文较详细描述的一个或一个以上最佳化和/或最小化算法来确定定向。图2是符合所公开实施方案的可用以确定假体部件定向的例式性计算机系统200的示意图。计算机系统200通常可操作以接收对应于膝关节的所要松度的用户输入210和对应于胫骨101和股骨102的相对位置的骨位置数据220。计算机系统200还可操作以基于用户输入210和/或骨位置数据220而经由显示器206A或其它输入/输出(I/O)装置206输出假体部件定向。在一些实施方案中，计算机系统200可包括于计算机辅助外科手术系统中，所述计算机辅助外科手术系统例如MAKOSurgicalCorp.(FortLauderdale,Florida)制造的机器人臂交互式整形外科系统，描述于(例如)2006年2月21日提交的美国专利申请案第11/357,197号(美国专利申请案公开第2006/0142657号)中，所述申请案以引用的方式整体并入本文中。如图2所示，计算机系统200可包括处理器201、随机存取存储器(RAM)模块202、只读存储器(ROM)模块203、存储装置204、数据库205、I/O装置206、显示器206A和网络接口207。处理器201可包括经配置以执本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定假体部件的定向参数值的计算机实施方法，所述方法包括：接收膝关节的第一屈曲位置处的胫骨假体部件与股骨假体部件之间的第一所要分开距离；针对所述股骨假体部件的至少一个可能定向，估计所述膝关节的所述第一屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第一估计分开距离；通过比较所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离来确定所述股骨假体部件的第一定向参数值；以及经由用户界面输出所述第一定向参数值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.29 US 13/339,5241.一种用于确定假体部件的定向参数值的计算机实施装置，所述装置包括：接收膝关节的第一屈曲位置处的胫骨假体部件与股骨假体部件之间的第一所要分开距离的装置；针对所述股骨假体部件的至少一个可能定向，估计所述膝关节的所述第一屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第一估计分开距离的装置；通过比较所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离来确定所述股骨假体部件的第一定向参数值的装置；以及经由用户界面输出所述第一定向参数值的装置。2.如权利要求1所述的计算机实施装置，进一步包括：接收所述膝关节的第二屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第二所要分开距离的装置；接收所述膝关节的第三屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第三所要分开距离的装置；针对所述股骨假体部件的所述至少一个可能定向，估计所述膝关节的所述第二屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第二估计分开距离的装置；针对所述股骨假体部件的所述至少一个可能定向，估计所述膝关节的所述第三屈曲位置处的所述胫骨假体部件与所述股骨假体部件之间的第三估计分开距离的装置，其中确定所述股骨假体部件的所述第一定向参数值的装置进一步包括分别比较第二和第三估计分开距离与所述第二和第三所要分开距离的装置。3.如权利要求2所述的计算机实施装置，进一步包括：通过分别比较所述第一、第二和第三估计分开距离与所述第一、第二和第三所要分开距离来确定所述股骨假体部件的第二定向参数值和第三定向参数值的装置。4.如权利要求3所述的计算机实施装置，其中所述第一定向参数值和所述第二定向参数值各自表示沿着基本上在矢状平面中的轴线的平移，且所述第三定向参数值表示关于基本上垂直于矢状平面的轴线的旋转。5.如权利要求4所述的计算机实施装置，进一步包括：通过分别比较所述第一、第二、第三估计分开距离与所述第一、第二、第三所要分开距离来确定第四、第五和第六定向参数值的装置，其中所述第四定向参数值表示沿着基本上垂直于矢状平面的轴线的平移，所述第五定向参数值表示关于基本上垂直于冠状平面的轴线的旋转，且所述第六定向参数值表示关于基本上垂直于横向平面的轴线的旋转。6.如权利要求2所述的计算机实施装置，进一步包括：确定第二定向参数值，其中确定所述股骨假体部件的所述第一定向参数值和第二定向参数值的装置进一步包括：产生成本函数的装置，所述成本函数包括分别作为第一和第二输入的所述第一和第二定向参数值且具有基于所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离之间的差和所述第二估计分开距离与所述第二所要分开距离之间的差两者的成本；确定所述成本函数的局部最小值的装置；以及确定所述第一和第二定向参数值为所述成本函数的所述局部最小值下的所述第一和第二输入的值的装置。7.如权利要求3所述的计算机实施装置，其中确定所述股骨假体部件的所述第一、第二和第三定向参数值的装置进一步包括：产生成本函数的装置，所述成本函数包括分别作为第一、第二和第三输入的所述第一、第二和第三定向参数值且具有基于所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离之间的差、所述第二估计分开距离与所述第二所要分开距离之间的差和所述第三估计分开距离与所述第三所要分开距离之间的差的成本；确定所述成本函数的局部最小值的装置；以及确定所述第一、第二和第三定向参数值为所述成本函数的所述局部最小值下的所述第一、第二和第三输入的值的装置。8.如权利要求2所述的计算机实施装置，其中确定所述股骨假体部件的所述第一定向参数值的装置进一步包括将所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离、所述第二估计分开距离与所述第二所要分开距离和所述第三估计分开距离与所述第三所要分开距离中之至少一者之间的差减至最小的装置。9.如权利要求4所述的计算机实施装置，其中确定所述股骨假体部件的所述第一、第二和第三定向参数值的装置进一步包括：针对多个可能第三定向参数值中的每一者：确定可能第一定向参数值和可能第二定向参数值以便将所述第一估计分开距离与所述第一所要分开距离之间的差减至最小且以便将所述第三估计分开距离与所述第三所要分开距离之间的差减至最小；且重新计算所述第二估计分开距离与所述第二所要分开距离之间的差的装置；针对所述多个可能第三定向参数值中的每一者比较所述第二估计分开距离与所述第二所要分开距离之间的所述计算差，以确定对应于最小计算差的所述可能第三定向参数值的装置；且如果最小计算差小于阈值差，那么确定对应于最小计算差的可能第三定向参数值、以及针对对应于最小计算差的可能第三定向参数值确定的可能第一和第二定向参数值为所述第一、第二和第三定...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·伊基茨，J·K·奥托，C·C·格朗茨，A·Z·阿巴斯，
申请(专利权)人：玛口外科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US